(57)【要約】【課題】  衝突時の吸収エネルギー・衝突初期の反力共に優れた断面形状を有する自動車用強度部材を提供すること。【解決手段】  断面正方形状の角型鋼管の上辺から管内に向けて、対向内面を彎曲部とする凹部が形成された異形断面形状で、該異形断面形状の正方形の辺の長さをＬ、彎曲部と正方形左辺とを結ぶ直線長さをL1、彎曲部と正方形右辺とを結ぶ直線長さをL2、彎曲部最下点と正方形下辺中点との距離をL3としたとき、L1、L2、L3が、(1) 0.2L≦L1≦0.4 Ｌ、(2) 0.2L≦L2≦0.4 Ｌ、0.1L≦L3≦0.5 Ｌの３式を満たすものとする。【選択図】  図１
2006137376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が正方形をなす角型鋼管の上辺に、対向する内向きの彎曲部を形成し直線部と連続一体化して管内に凹部を形成した異形断面形状であり、該異形断面形状の正方形の辺の長さ；Ｌ（ｍｍ）、彎曲部と正方形左辺とを結ぶ直線長さ；Ｌ1 （ｍｍ）、彎曲部と正方形右辺とを結ぶ直線長さ；Ｌ2 （ｍｍ）、彎曲部最下点と正方形下辺中点との距離；Ｌ3 （ｍｍ）とした時に、Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 が（１）〜（３）式を満たす事を特徴とする衝突特性に優れた自動車用強度部材。
０．２Ｌ≦Ｌ1 ≦０．４Ｌ      ・・・（１）
０．２Ｌ≦Ｌ2 ≦０．４Ｌ      ・・・（２）
０．１Ｌ≦Ｌ3 ≦０．５Ｌ      ・・・（３）
【請求項２】
請求項１に記載の自動車用強度部材用の異形断面鋼管を断面の上辺に曲げ入力荷重が  負荷されるような方向に配置して成ることを特徴とする自動車用構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突時の吸収エネルギー・衝突初期の反力共に優れた自動車用強度部材及びこれを用いた自動車用構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年自動車の側突に対する基準がさらに厳しくなりつつあり、車体構造設計の思想も変化してきている。自動車のドアにはドアガードバーが装備されており、従来ドアガードバーは衝突エネルギー吸収部材として考えられてきた。しかし最近では、側突時の衝突エネルギーはドア全体で吸収させる車体構造設計となりつつあり、ドアガードバーは衝突エネルギーをドアガードバー周辺の他部材へ伝達させる衝突エネルギー伝達部材としての機能も重要になってきている。衝突エネルギーを他部材へ伝達させるためには、衝突初期の反力が高く、ドアガードバー自身が変形し難いことが必要である。そのためドアガードバー用部材は、吸収エネルギーが高くかつ衝突初期の反力共に優れた断面形状のものが望ましい。
【０００３】
現在は丸型鋼管がドアガードバーとして多く使われているが、丸型鋼管の曲げ変形挙動は、負荷直下部に荷重が集中し、局部座屈により断面が偏平し易く、吸収エネルギー、衝突初期の反力ともに高くない。
【０００４】
特許文献１に示される図２のような、丸型鋼管の一部を内側へ凹ませて下端部が丸型鋼管内壁の近傍に位置し、上端部を開口部とする凹部を形成した断面形状（以降異形断面Ａと呼ぶ）のドアガードバー用部材が提案されている。この形状は衝突後、図２ａ部とｂ部が接触して衝突による荷重を確実に支え、荷重に対して安定な形状となるため耐反力の低下を抑制し、衝突時にエネルギーの吸収を高める断面形状である。しかしこの形状は吸収エネルギーは高いが、衝突初期の反力は高くない。
【０００５】
図３に示されるような角型鋼管の自動車用強度部材も現在使用されている。角型鋼管は衝突上辺両端の角のコーナー半径Ｒを小さくすると、衝突荷重入力方向に平行な両端面の端に直接衝撃荷重が負荷されて断面偏平がおこりにくくなり、その結果衝突初期の反力が上がることが知られている。しかしこの形状は衝突初期の反力は高いが座屈が起こりやすく、一度座屈をおこすと急激に耐反力が低下するために吸収エネルギーは高くない。
【特許文献１】特開平１１−２７８０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記したようにドアガードバー用部材は吸収エネルギーが高くかつ衝突初期の反力共に優れた断面形状のものが望ましいが、未だこうした断面形状のドアガードバー用部材は提案されていない。本発明は、吸収エネルギーが高くかつ衝突初期の反力共に優れた断面形状を有する自動車用強度部材及びこれを用いた自動車用構造部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記したようにドアガードバー用部材は吸収エネルギーが高くかつ衝突初期の反力共に優れた断面形状のものが望ましい。
【０００８】
図２に示す異形断面形状は、ａ部とｂ部が接触して衝突による荷重を確実に支え、荷重に対して安定な形状となるため耐反力の低下を抑制できるために吸収エネルギーが高いことが知られている。しかし、荷重入力方向と平行な面が少ないために荷重に対し断面変形をおこし易く、衝突初期の反力は高くない。
【０００９】
図３に示す角型鋼管の角コーナー半径Ｒを小さくすると、荷重負荷面の偏平が抑制され、衝突荷重入力方向と平行な面に多くの荷重が直接負荷されるために衝突初期の反力が高くなることが知られている。しかし角型鋼管は座屈しやすく、一度座屈をおこすと急激に耐反力が低下するために吸収エネルギーは高くない。
【００１０】
本発明者らが検討した結果、図１に示すようなａ部、ｄ部が角である断面形状のＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 の条件を特定することで吸収エネルギー、衝突初期の反力が共に高くなることを見出した。図１においてＬ1 、Ｌ2 の長さが長すぎると荷重負荷面が偏平しやすくなるために座屈をおこしやすくなり、Ｌ1 、Ｌ2 の長さが短すぎると荷重が負荷された際に開口部がより広がるように変形が進み、吸収エネルギーが小さくなる。又Ｌ3 の長さが長すぎると、e 点とｇ点が接触すること無しに座屈をおこしてしまうため吸収エネルギーが小さくなり、Ｌ3 の長さが短すぎるとe 点とｇ点が衝突初期に接触してしまい、座屈までの押し込み変位が小さくなって吸収エネルギーが小さくなる。よってＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 は適正値が存在し、適正値の元での図１の断面形状の自動車用強度部材は、吸収エネルギー、衝突初期の反力が共に高い。
【００１１】
これらの知見から得られた本発明は以下の構成を要旨とするものである。
【００１２】
[1].断面が正方形をなす角型鋼管の上辺を、対向する内向きの彎曲部を形成し直線部と連続一体化して管内に凹部を形成した異形断面形状であり、該異形断面形状の正方形の辺の長さ；Ｌ（ｍｍ）、彎曲部と正方形左辺とを結ぶ直線長さ；Ｌ1 （ｍｍ）、彎曲部と正方形右辺とを結ぶ直線長さ；Ｌ2 （ｍｍ）、彎曲部最下点と正方形下辺中点との距離；Ｌ3 （ｍｍ）とした時に、Ｌ1 、Ｌ2 、Ｌ3 が（１）〜（３）式を満たす事を特徴とする衝突特性に優れた自動車用強度部材。
０．２Ｌ≦Ｌ1 ≦０．４Ｌ      ・・・（１）
０．２Ｌ≦Ｌ2 ≦０．４Ｌ      ・・・（２）
０．１Ｌ≦Ｌ3 ≦０．５Ｌ      ・・・（３）
【００１３】
[2].[1] に記載の自動車用強度部材用の異形断面鋼管を断面の上辺に曲げ入力荷重が負荷されるような方向に配置して成ることを特徴とする自動車用構造部材。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、吸収エネルギーが高くかつ衝突初期の反力共に高い断面形状を有する自動車用強度部材及びこれを用いた自動車用構造部材を提供することができ、自動車のより安全性の向上、及び側突エネルギーをドア全体で吸収する車体構造設計とすることが可能となり、ドア全体のコスト削減を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、図１に示すように、断面が正方形の角形鋼管の上辺から管内に向けて、対向内面が入口側より中間を膨らんだ彎曲部とされている凹部を形成してある異形断面形状の鋼管であって、この異形断面形状の正方形の辺の長さをＬ、彎曲部と正方形左辺とを結ぶ直線長さをL1、彎曲部と正方形右辺とを結ぶ直線長さをL2、彎曲部最下点と正方形下辺中点との距離をL3としたとき、L1、L2、L3が、(1) 0.2L≦L1≦0.4 Ｌ、(2) 0.2L≦L2≦0.4 Ｌ、0.1L≦L3≦0.5 Ｌの式を満たすものとした第１の発明について説明する。
吸収エネルギーを高くするには、荷重負荷面が偏平しにくく座屈を抑制し、かつ衝突後の反力の低下を最小限に抑制することが有効である。図１に示す本形状は、荷重負荷面に横面が少ないために偏平しにくく、その結果座屈を抑制してエネルギーの吸収を高めることができる。又図１ｅ部とｇ部が近くに位置しているために、衝突後ｅ部とｇ部が接触して反力が上昇し、衝突による荷重を確実に支え荷重に対して安定な形状となるため衝突後の反力の低下を抑制し、衝突後のエネルギーの吸収を高めることができる。
【００１６】
効率良く荷重負荷面の偏平を抑えて座屈を抑制し、吸収エネルギーを高めるには、図１に示す断面形状のＬ1 及びＬ2 の長さは、正方形の辺の長さＬの０．２倍以上０．４倍以下が荷重負荷面の偏平が小さく望ましい。Ｌの０．２倍未満だと上部開口部分が荷重負荷と同時により開口するように変形し、十分な反力を得ることができない。又Ｌの０．４倍超だと、荷重負荷面の偏平が顕著になって座屈をおこし易くなり、吸収エネルギーを高めることはできない。
【００１７】
図１に示す断面形状のＬ1 及びＬ2 の長さは、０．９Ｌ1 ≦Ｌ2 ≦１．１Ｌ1 とすることが望ましい。Ｌ1 とＬ2 の長さが大きく違うと、長さの短い方に変形が偏り、十分な吸収エネルギーが得られない。そのためＬ1 とＬ2 を極力同じ長さとすることで変形に偏りがなくなり、効率的にエネルギー吸収が可能な自動車用強度部材となりうる。しかしながらＬ1 とＬ2 の長さに若干の違いがあっても本発明の効果を十分有するものであり、本発明の範囲を逸脱するものではない。
【００１８】
効率良く衝突後の反力の低下を抑制して吸収エネルギーを高めるためには、図１点ｅの位置はＬ3 の距離が正方形の辺の長さＬの０．１倍以上０．５倍以下が衝突後の反力の低下が少なく望ましい。Ｌの０．１倍未満だとｅ点とｇ点が衝突初期に接触してしまい、座屈までの押し込み変位が小さくなって吸収エネルギーは下がってしまう。又Ｌの０．５倍超であると、ｅ点とｇ点が接触すること無しに座屈をおこしてしまい、吸収エネルギーは下がってしまう。
【００１９】
効率良く衝突初期の反力を高めるには、衝突荷重入力方向に平行な面に極力多くの荷重が直接負荷されるのが好ましい。そのためには衝突荷重入力方向に平行な両側面との境目の角コーナー半径Ｒが小さいことが望ましい。角コーナー半径Ｒが大きいと荷重負荷面が偏平し、衝突荷重入力方向に平行な面に効率的に荷重を伝えることができない。図１に示す本形状はａ部とｄ部が角形状であり、角コーナー半径Ｒが小さいほど、衝突荷重入力方向に平行な両側面の端に直接衝撃荷重が負荷され、衝突初期の反力が高い自動車用強度部材となりうる。さらに、図１のｆ部とｈ部の下辺両端の角Ｒも小さい方が衝突初期の反力がさらに高くなり、より望ましい。
【００２０】
効率良く吸収エネルギー、衝突初期の反力共に高めるには、部材の高強度化を図る事も有効である。しかし強度が高いと成形が困難であるために、異形断面形状に成形した後高周波焼入れ等の熱処理方法で高強度化することが望ましい。
【００２１】
部材の断面における硬さのばらつきは小さい方が望ましい。断面に硬さのばらつきがあると、最も柔い箇所に変形が集中して局部的に座屈をおこすため好ましくない。断面の硬さのばらつきは小さければ小さいほど変形が均一となる。
【００２２】
次に、第２の発明、すなわち、第１の発明における異形断面鋼管を断面の上辺に曲げ入力荷重が負荷されるような方向に配置した自動車用構造部材について説明する。
第１の発明による自動車用強度部材を自動車に設置する際には、衝突特性を最大限に発揮するように方向性をもたせる必要がある。即ち、断面上辺に荷重が負荷されるように設置した場合、縦面４枚で荷重を支える格好となるために、吸収エネルギー、衝突初期の反力共に高くなり、最も効果的な自動車用強度部材となる。
【００２３】
なお、第１の発明の自動車用強度部材である鋼管を製造する方法としては、丸型鋼管をロール成形、引き抜き、押し出し成形等で成形する方法がある。最もコストが有利な製造方法は、丸型電縫鋼管をロール成形で異形成形し、その後高周波焼入れによってマルテンサイト組織として高強度化する方法である。
【００２４】
第１の発明の自動車用強度部材を形成する材料としては、コスト的には鋼材が最も有利であり一般的であるが、発明の条件を満たすのであれば、アルミニウム、チタン、マグネシウムやそれぞれの合金の軽金属材料等の軽量材料を用いることもできる。
【００２５】
第１の発明の自動車用強度部材は、自動車のドア、バンパー、ルーフ、ピラー、ロッカー等の衝突時における衝突特性の向上を目的に様々な箇所に設置可能である。
【実施例１】
【００２６】
第１の発明の自動車用強度部材は、吸収エネルギーと衝突初期の反力が重要である。
ドアガードバーの実際の変形モードである図４に示すような３点曲げ試験を、ＦＥＭ解析にて行った。試験条件は試験体の長手方向長さＬ＝１０００ｍｍで、半径１５０ｍｍの半円柱状の負荷子を５ｍ／ｓｅｃで押し込んでいった。曲げスパン長さＬ＝６００ｍｍとし、押し込んでいった時の変位−荷重、変位−吸収エネルギーの関係を調べた。
【００２７】
表１に各種の自動車用強度部材を示す。試験体は４種類用意し、従来ドアガードバーとして使われている丸型鋼管（φ３５．０×ｔ２．０）と外径、強度、重量がほぼ同じとなるような本発明品（図１）、異形断面Ａ型鋼管（図２）、角型鋼管（図３）の３点曲げ試験結果を比較した。ここで異形断面Ａ型鋼管と本発明品は荷重負荷方向によって結果が異なるが、どちらも衝突特性が最も良い断面上部から荷重を負荷した。
【００２８】
結果は図５から図８に示す通りとなった。又結果の数値データは表１内にのせた。まず図６の１５０ｍｍ押し込みでの吸収エネルギーであるが、丸型鋼管に対して角型鋼管は座屈をおこしやすいため吸収エネルギーは低い。一方異形断面Ａ型鋼管は座屈をおこし難くかつ耐反力の低下を抑制するために吸収エネルギーは高い。本発明品は異形断面Ａ型鋼管の衝突初期の反力が高くなった形状であるので、反力が上昇した分吸収エネルギーは異形断面Ａ型鋼管よりも高くなり、４種類の断面形状の中で最も高い値となった。
【００２９】
衝突初期の反力は図８の３０ｍｍ押し込みでの吸収エネルギーで評価した。反力（荷重）×変位が吸収エネルギーであるので、３０ｍｍ押し込みでの吸収エネルギーが高いほど３０ｍｍ押し込みでの平均反力が高いことになる。表１より、丸型鋼管に比べて角型鋼管は衝突初期に偏平せずに、荷重負荷方向と平行な面に多くの荷重が負荷されるために衝突初期の反力が高いが、異形断面Ａ型鋼管は外周は円形状で荷重負荷方向と平行な面が少ないために衝突初期の反力は低い。本発明品は荷重負荷方向と平行な面に多くの荷重が負荷され、かつ座屈をおこし難いために高い荷重を持続することができ、衝突初期の反力は角型鋼管よりも高くなり、４種類の断面形状の中で最も高い値となった。
又図５より、最大荷重も本発明品が４種類の断面形状の中で最も高い値となった。
【００３０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の発明品の断面形状を表した図である。
【図２】異形断面Ａ型鋼管の断面形状を表した図である。
【図３】角型鋼管の断面形状を表した図である。
【図４】３点曲げ試験の方法と寸法を表した図である。
【図５】１５０ｍｍ押し込み３点曲げ試験の変位と荷重の関係を表した図である。
【図６】１５０ｍｍ押し込み３点曲げ試験の変位と吸収エネルギーの関係を表した図である。
【図７】３点曲げ試験の衝突初期での変位と荷重の関係を表した図である。
【図８】３点曲げ試験の衝突初期での変位と吸収エネルギーの関係を表した図である。
【符号の説明】
【００３２】
Ｌ；正方形の辺の長さ（ｍｍ）
Ｌ1 ；彎曲部と正方形左辺とを結ぶ直線長さ（ｍｍ）
Ｌ2 ；彎曲部と正方形右辺とを結ぶ直線長さ（ｍｍ）
Ｌ3 ；彎曲部最下点と正方形下辺中点との距離（ｍｍ）
Ｒ：正方形の角コーナー半径Ｒ（ｍｍ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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